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1、预应力混凝土桥梁的新发展预应力混凝土桥梁的新发展周履陈炳坤提要修建新桥保持和改善德国的基础设施是最近十年结构工程的重要任务之一。正因如此,德国的铁路和高速公路在欧洲各国之间交通网的总体发展中起着决定性的作用与其他工程学突飞猛进的发展相比,建筑工程近三十年进展甚微。预应力混凝土技术是从年代引进的。最重要的改进在于耐久性和维修方便的领域以及构造细节方面的进一步发展一些时间以来,新的预应力筋材料一直在进行试验,规范中已列入抗压强度达的高强度混凝土新材料的研究和试验、施工方法和结构原理的进一步改善,为今后建筑工程发展奠定了基础关键词预应力混凝土桥,高强度混凝土,预应力 筋,体外 预应力体外预应力乌尔姆
2、巴赫峡谷桥的设计乌尔姆巴赫峡谷桥是法兰克福和富耳达高速公路延长线的一部分“ 号公路,桥梁全长,为跨连续梁,跨度 布置 为图。在号墩与号台之间长的端跨中部有一井泉引水工程。该桥基本上是沿着半径的圆曲线布置的,其横截面由两座分离的箱梁组成。为了汇集体外预 应力 的新 经验,该桥原计划按这种结构方式设计。后来,基于经济方面的考虑,实际上采用了粘结力筋。尽管如此,这里还将对原设计予以介绍。横向采用无粘结的体内力筋。纵向力 筋 设 在 箱 内,每束力 筋 的 拉 力 为。对无粘结力筋,容许应力为口或风,力筋为直线形的,在竖向无转向。在水平方向为了适应桥梁的平面弯 曲,要求有微小的转向。梁体采用 了三种不
3、 同位置的力筋图和。位置有束力筋作用在截面中部,分段,各在支座处横梁上 进行连接,贯通桥梁全长。号位布置在各跨跨中截面的下边缘,作 为跨中的增索根据静力要求,每处设至束力筋。号位力筋是支点弯矩增索。号位及号位的力筋均为分阶梯形设置,锚固在箱内壁的凸块上。,通长的力筋与偏心布置的阶梯形力筋的综合作用起到 了在垂直方向转 向的连续力筋那样抗弯矩的作用。转向鞍座是一种特殊结构无论在设计还是在施工方面需要特别细心 体外预应力设计规定纵向采用无粘结的体外力筋而号位在支点范围的上缘 了 只一一一一哥下一一几细节号位中心 连续 力筋加孟,十竺二巴一、单位 以号位在跨中范 围的下缘图乌尔姆巴赫峡谷桥、州丫见图
4、。图桥跨截面国外桥梁,年第期号 位用于 支点弯矩高速交通结构用的高强混凝土少丫图力筋布盆对待。上述的力筋布置避免了有关转向鞍座的所有复杂的布置,而增加的预应力筋的数量却是微不足道的。选用预应力筋的主要准则是抗破断安全强度的检算与裂缝宽度限制的检算。表面配筋规定用必的钢筋按的间距布置。出于抗破断安全强度的需要,只在少数位置须选用较强的配筋。锚固锚固设施是结构的一个重要部分。锚固在内边凸缘的束力筋的拉力约为,最大偏心。偏心作用的锚固力在箱梁的顶板、腹板及底板中引起一种平板方向、腹板方向和法向的力 的组合,这使凸缘两端产生严重 的应力集中。这种应力与凸块的尺寸长、宽、高和偏心有关。为了优化凸块 的尺
5、寸,进行了有 限单元计算。对于所给的箱形梁截面尺寸,得 出的凸缘长度 沿力筋轴线方向为。在顶底板与腹板两侧方向的局部配筋丫。进一步延长凸缘长度对钢筋含量影响不大。小结具有体外预应力的 桥梁是一种健全的结构。它在任何时候都可作检查,以判定其构件的可靠性。力筋的状态在桥梁试验时可通过适当的试验方法最精确地 测定,或者通过埋入的测试设备进行经常监测。但这些优点迄今还很难作出经济上的评价。这可能是桥梁采用 习惯 了的预应力施工 的原因。概述欧洲高速交通网的发展是“一体化”欧洲行之有效的交通政策的前提。在近十年来制定的国家规划必须是相互联系的,首先是向北和向东发展的。因此,新干线上就有一大部分铁路大型建
6、筑物。新干线上桥梁的框算规划是近十年来宝贵经验的反映,而且还要继续发展。尤其是风景区内桥梁的外观是完全可以改善的。上部结构采用长细比为时显得十分苯重。对此,应对上部建筑新的结构原理进行讨论。新的建筑材料,如高强度混凝土,是可能改善的基础。它可以改进结构的耐久性和美观。一种新桥型的可行性可以在框算规划中引入标准设计桥梁加以检验。以墩距为和的简支梁桥方案为例,其结果可应用于一般所有谷架桥结构形式,尤其是连续梁和带纵 向力联接的链梁属于此类。法国近十年来,在一个国家大型研究计划范围内,对桥梁建筑新的经济方法进行了研究。在许多新型的桥式中,一种大量实施的桥型是具有波形钢腹板的预应力混凝土桥。但是所建议
7、的这种上部结构的腹板也可用古典的加劲平板或者衍架平面做成。设计的基础是用最小的刚度安全地限制变形。一座纤细的桥梁要抵抗高的应力必须精确地满足这些要求。高强度混凝土和高强度钢筋将能共同确保其承载能力。垂直挠度的限制新干线桥梁的变形限制是按年月日新 版的规定 该规定与的有关规定相一致。新版的生效取代了新的,而关于桥梁的规定已不适用了。预应力混凝土桥梁的新发屏最小刚度直接与容许变形有关。在行车速超过时,两孔以上桥梁上部结构的容许垂直挠度限制为跨度的。对有碎石道碴的上部结构 由于活载和温差引起的挠度起决定性作用,所要求的截面惯矩与梁高和所用混凝土的 弹 性模量、有 关。对于简支梁的最小刚度如表及图所示
8、。以上的研究中忽略了剪切变形。如果只考虑腹板中钢材截面的剪切刚度,其剪切变形约占总挠度的,在这个研究中还忽略 了铺装层的刚度。试验表明铺装层至少在开始使用时起结构一部分的作用。桥面板与铺装层之间粘结作用的耐久性还须进一步研究。桥墩中距为。和公。桥面状态及设施一道碴桥面姐厚吸。,以满足最快车速的要求。横截面 及桥面设施要适 应 加厚的道 碴床。上部结构具有一个可供巡道用的单室箱形截面,以满足便于保养维修的一切要求。桥墩按框架规划进行设计尤其是墩帽,在维尔茨堡汉诺威新干线的桥梁中也多次提出特殊建议,可以采用高强度混凝土使之进一步达到优化。要求这座新桥首先是一座铁路桥。“形式服从功能”这条古典原则必
9、须体现。框算规划中集中提出的最重要的观点耐久性好造型美设备良经济维修方便 有利施工。因此,框算规划中采用的新设计的一些霓要特点是表媛小刚度孔以内孔或孔以上横截面横截面选用 的是波形钢腹板 的箱形截面图和 图。这种结合梁桥式在法 国已经修建多座。腹板 由波形钢板做成。顶板与底板用高强度混凝土。在 布鲁塞尔学术报 杳会,芬艺石、,功,厂拼飞 乙卜】于二,丁丁一乙“二二性一呱九梦一图波形钢腹板月,夕卜吸二下。 小卜曰口月屯。建议的截面一桥跨数目石。之丫,、。一月一口目闷,王之卜卜上卜胡 别艺吮生之图行车速度超过时的最小刚度巴波形钢腹板箱形梁一国外桥梁年第期上介绍 了这种新桥型的主要优点波形钢腹板从年
10、代中期开始不仅仅在法国,在日本也得到了应用日本的第一座波形腹板桥于年建于新泻县的内野二与通常的桥梁相比,琢种波形娜腹饭桥具有以下优点减轻了腹板重量。腹板及上下混凝土板均具有承载功能。高强混凝土的底板与顶板决定了梁的刚度。它们构成了抵抗弯矩的两点截面,并可近似地用平均应力计算。波形钢腹板主要起抗剪作用,抗桥梁纵向法向力很弱,但对箱梁横向框架的抗弯仍能充分起作用。内力臂加大,接近到顶底板重心间距离。避免了在灌注高腹板混凝土 时常遇到的困难。在许多桥梁上遇到 了严重困难不得 不改变框算设计中规定 的最 小腹 板厚度见图。对钢板本身加固,避免了麻烦的加劲肋焊接。屈曲并 不 是腹板 设 计的控 制条 件
11、。厚钢板刚度的临界屈曲场仅有宽。并且主要是受剪如果把全部腹板看作屈曲场,则梁高就是规定的高度。当然,板桩墙式的波形板 的抗弯刚度在这里只相当于厚的混凝土腹板。预加力不在腹板中浪费,而只存在于混凝土板和翼板中。由翼板加 劲 的腹 板 可以用作支架替换梁。替换时,对单跨梁可配置轻便辅助支架,每片承担一片腹板荷载。在灌注混凝土时腹板只须用辅助对角撑加固,对 于连续 梁适宜 用顶推法施工,加 固工作可以通过已灌注的混凝土板来承受。腹板高度小,在板厚可变时需要采用钢,使能承受高剪应力和脉冲应力。当梁高并不控制时,也可用普通的钢,这样可降低焊接时的辱感性,并免去预热等间题。一高强度混凝土作为这一领域广泛研
12、究的结果,不久欧洲规范已有一 种名义 强度的混凝土。德国和欧洲水平的准备工作已接近完成。从年以来,德国的许多工程 中已采用 了的混凝土。表为一座层印刷厂大楼支柱的混凝土的配合比设计,天强度达到。采用高强度混凝土和高等级预应力筋要一种更好的钢筋混凝土。其特点是,力筋与高强度混凝土之间的粘结高于普通强度的混凝土。抗拉强度和抗剪强度按下列比例随抗压强度的提高而提高风夕必。 。其弹性模量及构件的刚度也随之而提高。表混凝土的配合比设计材料含盆附注水泥细石英干操集料男幻。幻。幻。水缓凝剂塑化剂,。水泥,水泥艺改进 的建筑材料钢研究 的 目的是降低梁高。因此桥墩间距的简支梁墩距的简支梁链串联简支梁 是 无较
13、大河床地段深峡谷 的标准方案图、。如果采用波形钢腹板可获得以下结果梁高从降至。对于所有可能出现情况的变形限制均按的要求。腹板的厚 度在反复应力下要求采用钢。公称强度的高强度混凝土 用预应力混凝土桥梁的新发展一寸,一丁。都可以使用后张法和 同样高的预应力。桥面板的横向预应力与通常的峡谷桥相同这里截面上框架应力 的微小变化没有影响。降低梁高的准则是所要求的最小刚度和底板的力筋数量,接缝处的反复应力同样也要求高水平。对升伽喇叫斗升洲,甲司寸卜和川未丰三丝,截面一一一一,已坐玉玉单位拍一入一一、昆图简支梁的跨中截面二,宝曰了一 一二二二二二,目一一,叫川户。,。 。力力户,曰人二二下,份人、 卜卜栩不
14、雨神叫二二 仁二二厂 了 了了 丫丫, ,尸,叫叫,户户 不不口。,一。展望研究结果表明建议设计的可行性。在施工方法和构造细节中可能的节省必须与改进材料的费用相比较。当梁高是设计的一个控制因素时,这些优点的取得特别容易,例如在一条平行于高速公路 的一个新建筑区段,墩距和梁高早已给定。需要进一步研究的是腹板与翼板间连接缝和焊缝处的应力间题。梁的纵向预应力可以通过采用高强度力筋来进一步改善。一种低硬度的特殊压浆可使较大的连接缝产生一种理想的状态。当破坏安全度不起决定性作用时,无粘结预应力的极限条件特别适宜于高强度混凝土构件。至于可能出现的疲劳现象必须认真考虑。参考文献一,咋自咋山,曰妇单位图截面力
15、筋 来抵抗高应力,并通过致密结构来改善结构 的耐久性。底板纵向预加应力共对此,可用束每束预加力的必型力筋图和。当然,所有传统的张拉方法上接第页长度,至少应在截面有效高度的两倍以上。结论钢筋混凝土梁维修期间,忽视解除恒载的支撑,虽对使用性有些影响,但并不影响它的极限挠曲强度,这个结论认为梁的维修混凝土很薄时,仍然保持了合理的安全系数。只要可能,维修期间增 加 的 补 充钢筋,都应搭接在埋入原有混凝土中的钢筋上。对原有混凝土 和维修混 凝 土交界面抗 剪能力进行检 查时,必 须考虑浇注在维 修混凝土中钢筋拉应力的分布。在未提供补 充钢筋和埋在原有 混 凝土中钢筋搭接缝的整个长度处,必须验证原有混凝土和维修混凝土交界面传递剪力 的能力。如果没有满足需要 的最小含筋量,交界面应按不加强处理,而纵向箍筋 间距不得超过维修混凝土最小厚度的倍。上面的结论适用于加筋截面的简支梁或只承受弯矩作用的补强截面,对超静定梁,尤其超筋截面或承受轴向和弯曲荷载复合作用的梁,并未得出这个结论。必须按实际使用的标准,对新结构和结构维修给予足够的重 视,需要研究一个指导混凝土结构维修的实 用标准。参考文献土木工 程 师协会 会刊谈、一一,年月
